藍(lán)牙協(xié)議入門（一）簡(jiǎn)介

2017-06-24

?技術(shù)

1.藍(lán)牙簡(jiǎn)史

藍(lán)牙這個(gè)名稱來自于第十世紀(jì)的一位丹麥國王哈拉爾藍(lán)牙王，因?yàn)閲跸矚g吃藍(lán)莓，吃到牙齒都是藍(lán)色的所以叫藍(lán)牙。后來人們就用它的名字命名一種無線通訊技術(shù)，其結(jié)果就是我們今日的藍(lán)牙。

藍(lán)牙由阿里新公司研發(fā)，目前其發(fā)展主要由?Bluetooth SIG?控制，該組織現(xiàn)在有200多家聯(lián)盟成員公司以及約6000家應(yīng)用成員企業(yè)。

藍(lán)牙共有六個(gè)版本V 1.1/1.2/2.0/2.1/3.0/4.0。我們這里列舉幾個(gè)重要的版本的信息：

• V 1.1版本?傳輸率約在?748~810 kb/s，因是早期設(shè)計(jì)，容易受到同頻率之產(chǎn)品所干擾下影響通訊質(zhì)量。

• V 3.0版本?藍(lán)牙3.0的核心是”?GenericAlternate MAC/PHY”(AMP)?，這是一種全新的交替射頻技術(shù)，允許藍(lán)牙協(xié)議棧針對(duì)任一任務(wù)動(dòng)態(tài)地選擇正確射頻。最初被期望用于新規(guī)范的技術(shù)包括?802.11?以及?UMB?，但是新規(guī)范中取消了?UMB?的應(yīng)用。

• V 4.0 版本?藍(lán)牙?4.0?包括三個(gè)子規(guī)范，即傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)、高速藍(lán)牙和新的藍(lán)牙低功耗技術(shù)。藍(lán)牙?4.0?的改進(jìn)之處主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，電池續(xù)航時(shí)間、節(jié)能和設(shè)備種類上。擁有低成本，跨廠商互操作性，3?毫秒低延遲、100?米以上超長(zhǎng)距離、AES-128?加密等諸多特色此外，藍(lán)牙?4.0?的有效傳輸距離也有所提升。3.0?版本的藍(lán)牙的有效傳輸距離為10?米，而藍(lán)牙4.0的有效傳輸距離最高可達(dá)到?100?米。

  
  

2.藍(lán)牙技術(shù)特性

• 工作頻段：2.4 GHz?的工科醫(yī)（ISM）頻段，無需申請(qǐng)?jiān)S可證。大多數(shù)國家使用79個(gè)頻點(diǎn)，載頻為(2402+k)MHz（k=0，1, 2…78），載頻間隔?1 MHz?。采用?TDD?時(shí)分雙工方式。

• 傳輸速率：1 Mb/s

• 采用跳頻技術(shù)：跳頻速率為1600?跳/秒，在建鏈時(shí)（包括尋呼和查詢）提高為?3200?跳/秒。藍(lán)牙通過快跳頻和短分組技術(shù)減少同頻干擾，保證傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

• 支持電路交換和分組交換業(yè)務(wù)：藍(lán)牙支持實(shí)時(shí)的同步定向聯(lián)接（SCO?鏈路）和非實(shí)時(shí)的異步不定向聯(lián)接（?ACL?鏈路），前者主要傳送語音等實(shí)時(shí)性強(qiáng)的信息，后者以數(shù)據(jù)包為主。語音和數(shù)據(jù)可以單獨(dú)或同時(shí)傳輸。藍(lán)牙支持一個(gè)異步數(shù)據(jù)通道，或三個(gè)并發(fā)的同步話音通道，或同時(shí)傳送異步數(shù)據(jù)和同步話音的通道。每個(gè)話音通道支持?64 kbps?的同步話音；異步通道支持?723.2/57.6 kbps?的非對(duì)稱雙工通信或?433.9 kbps?的對(duì)稱全雙工通信。

• 支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信：藍(lán)牙設(shè)備按特定方式可組成兩種網(wǎng)絡(luò)：微微網(wǎng)(?Piconet?)和分布式網(wǎng)絡(luò)(?Scatternet?)，其中微微網(wǎng)的建立由兩臺(tái)設(shè)備的連接開始，最多可由八臺(tái)設(shè)備組成。在一個(gè)微微網(wǎng)中，只有一臺(tái)為主設(shè)備（Master），其它均為從設(shè)備（Slave），不同的主從設(shè)備對(duì)可以采用不同的鏈接方式，在一次通信中，鏈接方式也可以任意改變。幾個(gè)相互獨(dú)立的微微網(wǎng)以特定方式鏈接在一起便構(gòu)成了分布式網(wǎng)絡(luò)。所有的藍(lán)牙設(shè)備都是對(duì)等的，所以在藍(lán)牙中沒有基站的概念。

• 工作距離：藍(lán)牙設(shè)備分為三個(gè)功率等級(jí)，分別是：100 mW（20 dBm）、2.5 mW（4 dBm）和1 mW（0 dBm），相應(yīng)的有效工作范圍為：100?米、10?米和?1?米。

3.藍(lán)牙系統(tǒng)組成

藍(lán)牙系統(tǒng)由以下幾部分組成：

• 傳輸層（底層硬件模塊）

• 中介層（中間協(xié)議層）

• 應(yīng)用層

其中，底層硬件模塊包括以下部分：

• 射頻層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)和語音的發(fā)送和接收，特點(diǎn)是短距離、低功耗。藍(lán)牙天線一般體積小、重量輕，屬于微帶天線。

• 基帶層：進(jìn)行射頻信號(hào)與數(shù)字或語音信號(hào)的相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)基帶協(xié)議和其它的底層連接規(guī)程。

• 鏈路管理層：負(fù)責(zé)管理藍(lán)牙設(shè)備之間的通信，實(shí)現(xiàn)鏈路的建立、驗(yàn)證、鏈路配置等操作。

4.藍(lán)牙協(xié)議規(guī)范

傳輸層、中介層、應(yīng)用層擁有著各自的協(xié)議。

4.1.傳輸協(xié)議

傳輸協(xié)議負(fù)責(zé)藍(lán)牙設(shè)備間，互相確認(rèn)對(duì)方的位置，以及建立和管理藍(lán)牙設(shè)備間的物理鏈路；

• 底層傳輸協(xié)議：藍(lán)牙射頻（Radio）部分、基帶鏈路管理控制器（Baseband & Link Controller）、鏈路管理協(xié)議（Link ManagerProtocol?）LMP。負(fù)責(zé)語言、數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)奈锢韺?shí)現(xiàn)以及藍(lán)牙設(shè)備間的聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)。

• 高層傳輸協(xié)議：邏輯鏈路控制與適配器（LogicalLink Control and Adaptation Protocol）L2CAP?、主機(jī)控制接口（HostControl Interface，HCI）。為高層應(yīng)用屏蔽了跳頻序列選擇等底層傳輸操作，為高層程序提供有效、有利于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組格式。

4.2.中介協(xié)議

中介協(xié)議為高層應(yīng)用協(xié)議或者程序，在藍(lán)牙邏輯鏈路上工作提供必要的支持，為應(yīng)用提供不同標(biāo)準(zhǔn)接口，包括：

• 串口仿真協(xié)議：RFCOMM

• 服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議：SDP

• 互操作協(xié)議：IrDA

• 網(wǎng)絡(luò)訪問協(xié)議：PPP、IP、TCP、UDP

• 電話控制協(xié)議：TCS、AT?指令集

4.3.應(yīng)用協(xié)議

藍(lán)牙協(xié)議棧之上的應(yīng)用軟件和所涉及到的協(xié)議，如：撥號(hào)上網(wǎng)、語言功能的應(yīng)用程序，包括：

• 通用應(yīng)用類框架：查詢、建立連接服務(wù)等

• 藍(lán)牙電話應(yīng)用類框架：電話控制、語言

• 藍(lán)牙連網(wǎng)應(yīng)用類框架：網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相關(guān)

• 對(duì)象交互服務(wù)類框架：IrDA、OBEX

• 藍(lán)牙音視頻控制類框架